1. Podział tworzyw sztucznych ze względu na zachowanie pod wpływem temperatury

POLIMERY- materiały te w swej podstawowej części są niekrystaliczne, wielocząsteczkowe, organiczne. Charakteryzują się:

- występowaniem silnych wiązań kowalentnych pomiędzy atomami cząsteczki

- dużą masa cząsteczkową (10^4…10^7). Mają cząsteczki o bardzo dużym ciężarze tzn. o dużej liczbie atomów związanych między sobą silnymi wiązaniami kowalentnymi

POLIMERY (poli-wiele; merów)

Mer to pojedyncza grupa atomów

ELASTOMERY

-związki wielocząsteczkowe, które w temperaturze pokojowej, przy małych naprężeniach wykazują duże odkształcenia elastyczne, odwracalne (sprężyste)

Czynniki zapewniające wł. Sprężyste elastomerom:

A) długie zakrzywione łańcuchy

B) temperatura zeszklenia jest niższa d temperatury pokojowej

C) duża ilość wiązań poprzecznych między łańcuchami (im więcej wiązań tym większa twardość i wytrzymałość, a mniejsza plastyczność)

Elastomery dzielimy na wulkanizujące Np. guma i niewulkanizujące Np. kauczuk

PLASTOMERY- pod wpływem naprężenia wykazują małe odkształcenia sprężyste (nieprzekraczające 1%). Podawane wzrastającemu obciążeniu odkształcają się plastycznie, aż do ich zniszczenia

Ich temperatura zeszklenia jest wyższa od pokojowej

A) TERMOPLASTY- zmniejszają swoją lepkość i miękną w wyższych temperaturach i mogą być formowane (Np. przez ciągnienie, wytłaczanie, walcowanie)

SA to związki winylowe o włóknistej budowie z niewielkim sieciowaniem poprzecznym. Termoplasty dzielimy na AMORFICZNE(-Łańcuch w postaci kłębka. Np. polichlorek winylu, poliester) oraz SEMIKRYSTALICZNE (łańcuch ma postać lamelarną lub lektarną Np. polietylen, polipropylen)

B) DUROPLASTY- w podwyższonych temperaturach lub/i pod wpływem utwardzaczy przekształcają się w produkt usieciowiony (nietopliwy i nierozpuszczalny). Ponowne podgrzanie może powodować rozkład chemiczny, zmieniają się właściwości materiału, dlatego nie można ich ponownie kształtować jak to było w przypadku termoplastów. Ich wadą jest kruchość. Np. fenoplasty, polimery nienasycone, żywice epoksydowe, niektóre żywice sylikonowe

Duroplasty dzielimy na TERMOUTWARDZALNE I CHEMOUTWARDZALNE. Reakcja wiązania struktury duroplastów termoutwardzalnych kończy się w wyższych temperaturach i pod ciśnieniem. W przypadku chemoutwardzalnych reakcja zachodzi pod wpływem utwardzaczy.

2.Podział ze względu na pochodzenie

A) polimery naturalne, do wytwarzania, których stosowane są produkty:

− pochodzenia roślinnego (celuloza),

− pochodzenia białkowego otrzymywane z kazeiny znajdującej się w mleku

(galalit, kazeinit),

− pochodne kauczuku naturalnego (guma, ebonit)

B) polimery syntetyczne – są wytwarzane w wyniku odpowiedniej przeróbki węgla

kamiennego, ropy naftowej i gazu ziemnego.

Polimery wytwarzane są ze związków chemicznych zwanych monomerami,

posiadających co najmniej jedno wiązanie podwójne pomiędzy atomami węgla lub

krzemu lub związków heterocyklicznych.

3

wersja I

Wpływ temperatury na właściwości mechaniczne polimerów. Na prawie wszystkie własności polimerów duży wpływ ma temperatura. Wynika to z przyczyn:

• przemiany fazowe polimerów zachodzą w stosunkowo niskich temperaturach, bliskich temperaturom użytkowania licznych urządzeń,

• polimery, jako związki organiczne - odznaczają się współczynnikiem liniowej rozszerzalności cieplnej w przybliżeniu 10-krotnie większym w porównaniu z wieloma materiałami tradycyjnymi. Pod wpływem temperatury zmienia się ich gęstość i inne właściwości z nią związane,

• od temperatury zależy również wpływ środowiska na polimery. Wzrost temperatury przyspiesza np. agresywne działanie wielu cieczy (np.: utlenianie lub hydroliza). Stąd wynika, że temperatura nie mająca na ogół wpływu na takie materiały, jak metale, szkło, materiały ceramiczne, a nawet drewno może wywoływać w przypadku polimerów zmiany, które uwzględniać należy przy badaniu ich właściwości. Powyżej temperatury zeszklenia (Tg), a poniżej temperatury płynięcia polimeru (Tm) leży temperatura mięknienia. Jest to temperatura, w której następuje utrata sztywności polimeru. Jej wartość (miara odporności cieplnej) zależy od metody pomiaru (Martensa, Vicata). Temperatura przejścia polimerów w różne stany fizyczne określa termiczny zakres ich użytkowania oraz obróbki plastycznej. Na przykład zakres użytkowania termoplastów zawarty jest pomiędzy temperaturą zeszklenia (Tg) a temperaturą mięknienia, a zakres przetwórstwa – pomiędzy temperaturą płynięcia a temperaturą rozkładu. Rozpoznawanie polimerów W praktyce inżynierskiej każdy może spotkać się koniecznością szybkiej identyfikacji tworzywa np. ze względu na dobór materiału zastępczego lub sposobu usunięcia uszkodzenia elementu konstrukcji.Metody rozpoznawania polimerów obejmują metody chemiczne, fizyczne i fizykochemiczne i organoleptyczne (na podstawie wrażeń wzrokowych i zapachowych). Metody chemiczne obejmują np. badania rozpuszczalności w wodzie czy rozpuszczalnikach, fizyczne - oznaczenie ciężaru właściwego, własności mechanicznych cieplnych i innych, fizykochemiczne np. palność.Na potrzeby wymienionych metod zbudowane są tabele i klucze do identyfikacje tworzyw metodą eliminacji. Dla przykładu w metodzie wstępnej eliminacji za pomocą wyglądu zewnętrznego istotne znacznie mają barwa, przeźroczystość. Najprostsza metoda rozpoznawania polimerów oparta jest na wynikach prób: pływalności (potrzebny pojemnik z wodą), palności (zapalniczka), rozpuszczalności (czterochlorek węgla i ester octowy) próby nefrytowej (wykazuje obecność związków chloru) i porównaniu z kluczem.

3 wersja II

W odróżnieniu od ceramiki i metali właściwości tworzyw polimerowych w dużym stopniu uzależnione są nawet od niewielkich zmian temperatury. Zakres użytkowania większości tworzyw nie przekracza 150ºC,a tylko nieliczne z nich mogą być użytkowane do 300ºC.

Wraz ze wzrostem temperatury polimery stopniowo miękną, co objawia się spadkiem modułu

sprężystości E (Young’a). Własności polimerów są tak silnie uzależnione od temperatury, że w

temperaturach od - 20ºC do +200ºC, moduł sprężystości może się zmienić nawet 103 razy.

W przypadku metali i ceramik pozostaje praktycznie niezmienny. Zatem przy projektowaniu z użyciem polimerów konstrukcyjnych konieczne jest uwzględnianie potencjalnych zmian wytrzymałości i sztywności w trakcie eksploatacji nawet w temperaturze otoczenia.

Zjawisko zmiennego zachowania polimerów pod obciążeniem przy wzroście temperatury związane jest ze zmianą ruchliwości makrocząsteczek. Na rysunku 4 pokazano schematycznie zależność modułu Young’a od temperatury polimeru dla polimerów bezpostaciowych: 1 - termoplastycznych, 2 – elastomerów, 3 – duroplastów. Poniżej temperatury Tg, nazywanej temperaturą zeszklenia, polimer jest w stanie sztywnym (nazywanym też szklistym) (obszar A). Makrocząsteczki mogą się sprężyście przemieszczać względem siebie na małe odległości, tak jak atomy w metalach w stanie sprężystym. W miarę wzrostu temperatury rośnie zdolność makrocząsteczek do lokalnych przegrupowań, ale nadal zachowana jest nieruchomość całych makrocząsteczek, polimer jest w stanie szklistym wymuszonej elastyczności (obszar B), a następnie lepko sprężystym (skóropodobnym) (zakres C). Dalszy wzrost temperatury prowadzi do znacznego zwiększenia ruchliwości makrocząsteczek umożliwiającej rozprostowanie skłębionych łańcuchów i powrót do poprzedniego stanu, ale nie trwałe przemieszczenie makrocząsteczek. Zachowanie takie podobne jest do odkształcalności gumy, a stan polimeru określany jest jako wysokoelastyczny, wymuszonej elastycznosci lub gumopodobny (zakres D). Materiał wysokoelastyczny w rozumieniu technicznym oznacza materiał charakteryzujący się znaczną sprężystością powrotną (ang. elastic - sprężysty), w którym po cofnięciu obciążenia materiał wraca do poprzedniego kształtu. Przekroczenie temperatury płynięcia Tm (m - melting) powoduje prawie całkowite zmniejszenie sił międzycząsteczkowych i nawet najmniejsze obciążenie powoduje wzajemne trwałe przemieszczanie się łańcuchów polimeru. Takie zachowanie określa się mianem stanu lepko płynnego (zakres E).

4.

Właściwości mechaniczne

Badania wytrzymałości:

•długotrwałej, doraźnej statycznej i dynamicznej,

•zmęczeniowej,

•twardości.

Próba rozciągania polega na jednoosiowym odkształcaniu odpowiednio przygotowanych próbek i mierzeniu powstających sił. Właściwości mechaniczne tworzyw sztucznych można mierzyć m.in. maszynami wytrzymałościowymi. W celu scharakteryzowania właściwości tworzywa poddanego rozciąganiu lub ściskaniu są stosowane następujące pojęcia:

• wytrzymałość na ściskanie,

• granica plastyczności,

• umowna granica plastyczności,

• odkształcenie przy zniszczeniu,

• odkształcenie na granicy plastyczności,

• naprężenie ściskające przy założonym odkształceniu względnym.

Próba zginania polega na tym, że próbkę tworzywa podpartą na końcach obciąża się punktowo, prostopadle do jej osi podłużnej. Odległość pomiędzy punktami podparcia musi być ściśle określona i jest zwykle unormowana. Badanie stosuje się tylko do tworzyw kruchych, które pękają w czasie badania. Badania tworzyw sztucznych, z których nie można wykonać próbek dużych wykonuje się aparatem Dynstat, dla którego wystarczają próbki o wymiarach 15x10x2 mm. Zasada badania polega na tym, że do próbki pomiarowej zamocowanej w obrotowym uchwycie jest przytwierdzone ramię z obciążnikiem. Wskutek obrotu uchwytu próbki przenosi się przez ruch obrotowy na ramię. W miarę wznoszenia się ramienia, tj. odchylania od pionu, powstaje i zwiększa się jego moment obrotowy działający na próbkę jako moment zginający. Wzrost tego momentu powoduje wzrost naprężeń w próbce prowadzący do jej zginania, a dalej do zniszczenia. Odczytany w chwili zniszczenia moment zginający służy do obliczania wytrzymałości na zginanie, a jednocześnie zmierzony kąt ugięcia jest miarą odkształcenia próbki.

Udarność jest miarą kruchości materiałów określaną przez pracę potrzebną do dynamicznego złamania próbki i odnoszoną do wielkości poprzecznego przekroju próbki. Badania wykonywane są metodami:

Metoda Charpy'ego

Młot Charpy'ego zawieszony na osi porusza się jak swobodne wahadło. Młot ustawia się w pozycji pionowej i sprawdza czy zwolniony bez próbki pokazuje energię 0. Próbkę umieszcza się na podporach i ustawia wskazówkę zabieraka na maksymalnej wartości na skali. Bez wstrząsów należy zwolnić zapadkę i odczytać energię zaabsorbowaną przez łamaną próbkę.

Metoda Dynstat

Udarność oznacza się na próbkach o małych wymiarach, umocowanych pionowo. Praktyczne znaczenie pomiarów aparatem Dynstat polega na tym, że próbki o tak małych wymiarach udaje się wycinać z wielu gotowych wyrobów, co nie jest możliwe przy próbkach do aparatu Charpy'ego.

Badanie twardości

Pojęcie twardości w odniesieniu do tworzyw sztucznych określa się za pomocą oporu, jaki stawia materiał, gdy wciska się w jego powierzchnię pionowo odpowiedni wgłębnik, stosując naciski tak wielkie, aby powstało odkształcenie trwałe. Jako wgłębniki stosuje się tu elementy o znormalizowanych kształtach, np. kulki, stożki lub piramidki.

Przy pomocy metody wciskania kulki

Metoda polega na powolnym wciskaniu stalowej kulki w badane tworzywo. Po upływie pewnego czasu ustala się stan równowagi, w którym zwiększająca się powierzchnia odcisku równoważy wywierane obciążenie przez wgłębiającą się kulkę. W tym stanie stosunek siły obciążającej do powierzchni odcisku wgniecionego w badanym materiale określa jego twardość.

Do badania używa się aparatu Brinella w którym można nastawiać obciążenie wstępne i kilka do wyboru obciążeń roboczych. Czujnik rejestruje głębokość wgniotu pod naciskiem. Ustala się za pomocą klocka z miękkiej miedzi pod wstępnym obciążeniem Fo = 9,8 N odkształcenie ramy przyrządu, jakie wystąpi w czasie pomiaru z zastosowaniem wybranego obciążenia pomiarowego Fm.

Do próbki umieszczonej na stoliku przykłada się obciążenia wstępne oraz pomiarowe i mierzy po 30 s głębokość odcisku. Należy wykonać 10 pomiarów. Odcisk powstający pod wpływem wybranego obciążenia jest sumą odkształceń plastycznego i sprężystego, które w tworzywach sztucznych mogą być większe niż u wielu metali. Po zdjęciu obciążenia następuje stosun­kowo szybki powrót poodkształceniowy odcisku w zakresie odkształcenia sprężystego.

Twardość wg Brinella

Do badania tworzyw gumopodobnych nadaje się metoda Shore’a. Aparat mieszczący się w dłoni dociska się podstawą do tworzywa. Wgłębnik wystający z podstawy, wypychany sprężyną wgniata się w materiał, przy czym ustala się równowaga między naciskiem sprężyny a reakcją tworzywa. Dla umiarkowanych twardości stosuje się typ A, w którym wgłębnik jest zakończony tępym stożkiem. Dla dużych twardości (typ D) stosowany wgłębnik jest na końcu zaostrzony. Po dociśnięciu wskazówka zatrzymuje się na odpowiednim zakresie skali wyrażonej w stopniach Shore'a.

Do pomiaru miękkości gum stosuje się aparat Schoppera, w którym wykorzystuje się kulkę o średnicy 10 mm i obciążenie 9,81 N, mierząć głębokość odcisku, nie usuwając obciążenia.

Dla elastycznych tworzyw porowatych wprowadzono pojęcie wskaźnika twardości. Jest to wg metody 1 siła potrzebna do wciśnięcia stopki przyrządu pomiarowego lub wg metody 2 talerza wciskowego w badaną próbkę. W metodzie 1 wynik odczytuje się wprost w °Sch (stopnie Schiltknechta). W metodzie B grubość próbki mierzy się wstępnie pod naciskiem 9,81 N, a następnie ściskają do 40% grubości wyjściowej

Badanie ścieralności

Zużyciem ściernym nazywa się odrywanie tworzywa z dwu stykających i przesuwających się względem siebie powierzchni, spowodowane występującymi nierównościami lub obecnością twardych cząsteczek obcego materiału. Ten sam układ dwu tworzyw trących może dawać zupełnie inny obraz ścierania w zależności od prędkości przesuwu powierzchni trących, temperatury, sposobu usuwania tworzywa ścieranego, występujących równocześnie drgań itp.

Metody pomiaru:

•aparat Schoppera,

•aparat Graselli,

•tarcze ścierne.

Aparat Schoppera nadaje się do wszystkich tworzyw sztucznych. Jako wzorzec ścieralności stosuje się specjalnie zwulkanizowaną gumę. Próbki tworzywa w postaci walca są dociskane jedną z podstaw do papieru ściernego za pomocą określonego obciążenia. Śruba pociągowa przesuwa uchwyt próbki z równomierną prędkością wzdłuż walca tak, aby próbka posuwa się cały czas po świeżym papierze. Po przebyciu 40 m drogi tarcia próbki oczyszcza się z pyłu i ponownie waży.

Oznaczanie ścieralności na aparacie Grasselli. Proces ścierania przebiega również na papierze ściernym, ale wynik wyraża się w cm3/(kWh). W charakterze wzorca stosuje się gumę wzorcową taką samą jak w metodzie Schoppera. Tarcza pokryta papierem ściernym obraca się ścierając jednocześnie dwie próbki. Po upływie czasu odpowiadającego 200 obrotom tarczy wyłącza się silnik, oczyszcza próbki i waży. W ten sposób ustala się wskaźnik ścieralności gumy wzorcowej dwóch próbek i wskaźnik ścieralności badanego materiału.

Badanie właściwości cieplnych tworzyw sztucznych

Przez pojęcie właściwości cieplnych tworzywa rozumie się zmianę cech użytkowych pod wpływem podwyższonej temperatury. Właściwości te noszą też nazwę odporności cieplnej lub dla bardzo wysokich temperatur odporności na żar.

Temperatura zeszklenia Tg - to temperatura przejścia ze stanu elastycznego w stan szklisty. Stanowi ona kryterium stosowania polimerów i tworzyw sztucznych w warunkach normalnych.
Moduł ścinania przy skręcaniu – oznacza się literą G, określa się jako iloraz stałego naprężenia ścinającego i kąta skręcania w określonym czasie od chwili przyłożenia naprężenia. Badanie przeprowadza się w termostacie Dewara lub za pomocą wahadła skrętnego.

Badanie wytrzymałości cieplnej tworzyw sztucznych

¨Badanie temperatury ugięcia metodą Martensa

¨Badanie odporności cieplnej metodą Vicata (temperatura mięknienia)

Metoda Martensa

Metoda polega na poddawaniu znormalizowanych próbek zamocowanych w urządzeniu stałemu momentowi zginającemu, który wywołuje w tworzywie naprężenia zginające, przy jednoczesnym podnoszeniu temperatury ze stałą szybkością.

Badanie wykonuje się za pomocą aparatu Martensa. Jest to termostat szafkowy z przodu oszklony, zaopatrzony w urządzenie umożliwiające podnoszenie temperatury wnętrza ze stałą szybkością 50°C w ciągu 1 godziny. Wewnątrz znajduje się urządzenie obciążające próbki. Dolny uchwyt próbki jest przymocowany do podstawy aparatu, a górny jest połączony z ramieniem, na którym znajduje się przesuwny obciążnik. Koniec ramienia jest połączony ze wskaźnikiem odkształceń, na którym odczytuje się ruch ramienia odpowiadający ugięciu próbki o 6 mm. Do badań stosuje się próbki o kształcie prostopadłościanów.

Metoda Vicata

Badanie to nazywa się również oznaczaniem temperatury mięknieniaia. Polega ono na określeniu temperatury, w której znormalizowana tępa igła stalowa o określonej powierzchni przekroju, pod działaniem określonego obciążenia, zagłębi się w powierzchnię próbki na głębokość l mm przy równomiernym wzroście temperatury. Pomiar jest zbliżony do opisanej poprzednio metody Martensa, a inny jest tylko rodzaj odkształceń i sposób ich wywołania.

Jedną z największych wad tworzyw organicznych jest ich palność

Miarą palności polimerów jest tzw. wskaźnik lub indeks tlenowy OI. Jest to najmniejsza procentowa zawartość tlenu w mieszaninie tlenu i azotu podtrzymująca palenie się próbki w warunkach pomiaru.

Im wskaźnik ten jest niższy, tym tworzywo jest mniej odporne na palenie.

Badania zapalności metodą wskaźnika tlenowego

Metoda polega na ustaleniu minimalnego stężenia tlenu w mieszaninie, przy którym próbka tworzywa umocowana pionowo w kolumnie pomiarowej się pali. Do każdego oznaczenia przygotowuje się po 10 próbek, które nie wymagają klimatyzowania. Podczas badania próbka w zależności od stężenia tlenu w mieszaninie po zapaleniu albo gaśnie, albo pali się własnym płomieniem do końca.

Oznaczanie temperatury zapalenia

Metoda polega na ogrzaniu próbki badanego tworzywa do temperatury o 100 niższej od spodziewanej temperatury jego rozkładu oraz na próbie zapalenia gazów, które się z niej wydzieliły. Temperaturą zapalenia jest najniższa temperatura, w której nad wylotem palnika można zaobserwować płomień nie znikający co najmniej przez 5 s. Metodę stosuje się do wszystkich rodzajów tworzyw sztucznych. Pomiary wykonuje się w ten sposób, że ogrzewa się próbki w probówkach przykrytych, zapalając wydzielające się gazy. Za wynik przyjmuje się średnią temperaturę z co najmniej trzech oznaczeń.

Badanie zapalności tworzyw sztucznych w postaci beleczek

Badanie polega na ogrzewaniu płomieniem palnika gazowego w ciągu 60 s swobodnego końca beleczki z badanego tworzywa zamocowanej poziomo w uchwycie i na określeniu długości spalonej części i czasu palenia. Do badania potrzeba co naj­mniej 5 próbek. Należy nanieść na nie linie na całej szerokości, prostopadle do podłużnej osi próbki w odległości 80 mm od końca przewidzianego do spalenia. Oznaczenie wykonuje się w ten sposób, że z chwilą zetknięcia się płomienia z próbką włącza się sekundomierz. Po 60 s ogrzewania usuwa się palnik i jednocześnie ponownie włącza sekundomierz, mierząc czas, w którym próbka dalej się pali. Gdy płomień dosięga znaku, wówczas płomień się gasi. Należy zmie­rzyć najmniejszą odległość między znakiem i zwęglonym brzegiem po obu szerokich stronach próbki. Długość spalonej części próbki wyraża się w mm i oblicza średni czas palenia.

Badanie odporności tworzyw na żarzenie

Polega na pomiarze długości spalonej części próbki i czasu jej spalania wskutek zetknięcia z karborundowym prętem rozżarzonym do 955oC. Pomiary wykonuje się w aparacie Schrama-Żebrowskiego

Pomiar w aparacie Schrama-Żebrowskiego

Zasadniczymi elementami przyrządu są rozgrzewany prądem odizolowany pręt oraz urządzenie umożliwiające zetknięcie się pręta z próbką, aż do jej spalenia na długość 5 mm; oba elementy są umieszczone w komorze zabezpieczającej od przeciągu.

Do wykonania pomiarów używa się ponadto sekundomierza, suwmiarki i urządzenia do kontrolowania temperatury pręta. Podczas oznaczania, gdy żarzący się pręt styka się z badana próbką, włącza się sekundomierz. Po upływie 180 s od chwili zetknięcia odchyla się pręt i mierzy czas palenia próbki. Jeżeli płomień osiągnie znak na próbce lub gdy próbka zgaśnie, oznaczenie należy przerwać – nie wcześniej jednak niż w ciągu 30 s. Po zakończeniu badania mierzy się odległość między znakiem kontrolnym a zwęglona powierzchnią próbki na obydwu jej powierzchniach (10 mm). Jako wynik oznaczenia przyjmuje się czas palenia 5 próbek.

Własności fizykochemiczne

Lepkość - to miara tarcia wewnętrznego, charakteryzująca opór cieczy wobec płynięcia. Wynika z oporów stawianych przez cząsteczki cieczy.

¨

Do badania lepkości stosowane są różne metody pomiaru w zależności od przedmiotu badania np..:

Kubek Forda

Wiskozymetry

Kubek wypływowy Forda

Do praktycznej oceny wielu produktów ciekłych można stosować pomiar czasu wypływu przez znormalizowaną dyszę. Jest to metoda umowna, stosowana do charakteryzowania wyrobów lakierniczych oraz ciekłych polimerów i niektórych półproduktów.

Wykonanie pomiaru. Kubek stabilnie umieszcza się w statywie. Zatykając otwór kubka palcem, napełnia się go badaną cieczą, uprzednio przesączoną przez sito. W odległości 100 mm pod kubkiem umieszcza się odpowiednie naczynie. Palec usuwa się, włączając równocześnie czasomierz. Czas wypływu odpowiada pierwszemu przerwaniu strumienia wypływającego z kubka. Pomiar wymaga przynajmniej trzykrotnego powtórzenia.

W metodzie tej otrzymuje się wyniki wyrażone w sekundach, a więc przeliczać na lepkość kinematyczną. Lepkość kinematyczna -to stosunek lepkości dynamicznej do gęstości cieczy

Wiskozymetr Hőpplera - stosuje się do pomiarów lepkości dynamicznej metodą umowną. Zasada polega na zmierzeniu czasu spadku kuli w ściśle skalibrowanej rurce szklanej napełnionej badaną cieczą. Przeźroczysty płaszcz termostatujący umożliwia obserwację spadającej kulki. Każda kulka ma fabrycznie oznaczoną gęstość i stałą K, potrzebne do obliczania lepkości dynamicznej. Na początku pomiaru kulka znajduje się na dole rurki. Przez obrót całym cylindrem umieszcza się kulkę na górnym końcu rurki. Gdy kulka zacznie opadać mierzy się czas przebycia drogi 100 mm, naznaczonej kreskami na rurce pomiarowej.

Wiskozymetr Oswalda to najprostszy wiskozymetr kapilarny charakteryzujący zawsze objętość i średnicę kapilary. Sekundomierzem określa się czas przepływu cieczy przez wiskozymetr (czas, w którym menisk mija kolejno obie kreski pomiarowe). Podciągając ciecz z powrotem pomiar można powtórzyć kilkakrotnie. Identycznie postępuje się z cieczą odniesienia, tj. w przypadku roztworów z rozpuszczalnikiem.

Reowiskozymetr. Pomiar polega na mierzeniu szybkości zagłębiania w badaną ciecz kulki połączonej prętem z dźwignią obciążoną znanym ciężarkiem. Hydrostatyczny wypór cieczy, działający na kulkę, kompensuje się przesuwanym ciężarkiem.

Wiskozymetr rotacyjny. Pomiar tym wiskozymetrem polega na mierzeniu momentu obrotowego wywieranego przez ciecz na obracający się element pomiarowy, będący najczęściej cylindrem lub walcem zanurzonym w badanej cieczy. Moment ścinający rejestrowany jest elektrycznie lub często graficznie w zależności od liczby obrotów i temperatury.

Pomiary konsystometryczne

Wiele półproduktów oraz niektóre produkty gotowe wykazują właściwości plastyczne, których nie da się scharakteryzować za pomocą pomiarów lepkości. Składają się na nie nakładające się wzajemnie właściwości, jak lepkość, odkształcenia w czasie, moduł odkształcenia, sprężystość. Zespół powyższych właściwości ujmuje się łącznie, przeprowadzając pomiar za pomocą konsystometrów.

Konsystometr Hőpplera składa się z termostatu, w którym w specjalnym naczyniu umieszcza się badaną próbkę, wgłębnika połączonego ramieniem z dźwignią obciążającą i czujnika rejestrującego ruchy wgłębnika.

Właściwości optyczne

Pomiar współczynnika załamania światła refraktometrem Abbego

Wykonanie pomiaru. Do wykonania pomiaru potrzebna jest ciecz imersyjna. Pryzmat oświetlający refraktometr odchyla się do pozycji pionowej, na pryzmat pomiarowy nanosi kroplę cieczy imersyjnej i przykleja do niej badaną próbkę gładką powierzchnią w ten sposób, żeby druga powierzchnia, prostopadła do powierzchni pryzmatu, była skierowana w stronę źródła światła. Źródło światła powinno być tak skierowane na pryzmat, aby wiązka promieni biegła równolegle wzdłuż pryzmatu pomiarowego. Przez obrót śrubą pomiarową znajduje się w polu widzenia okularu granicę cienia, którą naprowadza się na skrzyżowane nitki. W razie nieostrej lub wielobarwnej granicy cienia można dyspersję zmniejszyć przez obrót kompensatora. Wyniki odczytuje się wprost.

5.

Interpretacja krzywej rozciągania

Jeśli rozciągamy próbkę, zatrzymujemy rozciąganie, a próbka wraca do stanu pierwotnego i wykres jej kolejnej próby rozpocznie się w pkt. (0,0)

Jeśli po odjęciu siły próbka się skurczy i kolejne obciążenia stosujemy w punkcie np. (1,0) generalnie nie (0,0)

Potrzeba bardzo dokładnego pomiaru odkształcenia odcinka pomiarowego (a nie odcinka pomiędzy szczękami)

na rys. A₀-pole przekroju początkowego

l₀- długość początkowa próbki

Na rys. ε₂ ε₁ -są to umowne wartości odkształcenia dla których mierzymy dane przy nich naprężenia Im większy moduł Younga, tym materiał jest mniej podatny na odkształcenie. Największy moduł Younga posiada diament ok.10³ GN*m^-2, a najmniej miękkie gumy i pianki polimerowe z modułem rzędu 10^-3 GN*m^-2. Moduł sprężystości opisuje podatność materiałów na odkształcenie pod wpływem takich samych naprężeń. Granica plastyczności-(MPa)- pierwsze naprężenie, przy którym wzrost wydłużenia nie powoduje przyrostu naprężenia. Umowna granica plastyczności : R_0,2 Granica ta odpowiada 0,2% odkształcenia trwałego, mierzonego w stosunku do pierwotnej długości pomiarowej.

Krzywa rozciągania w funkcji temperatury:

W niskich temp. będzie brak przewężenia, niewielkie odkształcenie. Polimer zamrożony będzie pękał krucho, ale przy wyższej wartości naprężenia.

Próba rozciągania polimerów zależy głównie od:

-temperatury próbki

-prędkości rozciągania

Moduł Younga to tangens kąta nachylenia.

R_e- granica plastyczności (F/A₀ w punkcie oznaczającym początek plastycznego płynięcia)

R_0,1-umowna granica plastyczności (F/A₀ w punkcie oznaczającym 0,1% trwałego odkształcenia) często stosuje się także o,2% trwałego odkształcenia. Umowna granica plastyczności charakteryzuje materiał dla którego na wykresie nie występuje wyraźny punkt oznaczający początek odkształcenia plastycznego.

R_m -wytrzymałość na rozciąganie (F/A₀ w punkcie oznaczającym początek tworzenia szyjki.

ε_f- wydłużenie względne po próbie rozciągania. Powstałe po pęknięciu próbki dwa kawałki łączy się i mierzy, ε_f oblicza się z zależności: (l-l₀)/ l₀, gdzie l jest długością złączonych kawałków.

Siły podczas płynięcia – próbka stalowa

Wykresy rozciągania: a) dla stali z wyraźną granica plastyczności,

b) bez wyraźnej granicy plastyczności

Wykresy rozciągania: 1 – żeliwa szarego,

2 – stali o różnej zawartości węgla i stali hartowanej

Schemat inżynierskiej krzywej rozciągania typowego materiału ciągliwego (cechy charakterystyczne: płynięcie, zazwyczaj szyjka).

Kształt początkowej części krzywej rozciągania: a) większość metali    i stopów;  b) z górną i dolną granicą plastyczności (np. stal miękka);  c) bez zakresu liniowego

·     E - moduł Younga    (tylko przypadek a) i b) )

·     granica proporcjonalności: s_P ( tylko przypadek a) i b) )

·     umowna granica plastyczności: R_{e 0,2}

jest najdogodniejszym parametrem do zidentyfikowania początku odkształceń plastycznych ( przy s = R _{e 0,2} ; e _pl= 0,002)

·     górna i dolna granica plastyczności: R_eg i R_ed

(R_eg - duży  rozrzut, R_ed @ R_{e 0,2}).

 Krzywa rozciągania materiału kruchego

Z uwagi na to, że wykres otrzymaniu w wyniku przeprowadzonej próby rozciągania jest jedynie teoretyczny, bo do pomiary naprężeń w ilorazie jest przekrój poprzeczny początkowy, a nie rzeczywisty, stąd wartość wyznaczonych naprężeń jest teoretyczna, nie rzeczywista. :

Porównanie teoretycznej, inżynierskiej krzywej rozciągania z rzeczywistą dla stali miękkiej.

9.

Kryteria doboru materiałów i technologii wykonania (dotyczy tworzyw)

Kryteria doboru materiałów:

Ogólne: względny koszt, gęstość

Mechaniczne: moduł sprężystości , wytrzymałość, odporność na pękanie, wskaźnik zmęczeniowy

Cieplne: przewodność cieplna, dyfuzyjność, pojemność cieplna, temperatura topnienia, temperatura zeszklenia, współczynnik rozszerzalności cieplnej, odporność na udary cieplne, odporność na pełzanie

Zużycie: wskaźnik zużycia

Inne: współczynnik tłumienia drgań, łatowość barwienia.

Ekonomiczne: cena

Kryteria doboru technologii wykonania:

- podstawowym kryterium jest maksymalizacja jakości, przy równoczesnej minimalizacji kosztów elementów produktu

- często to wybrany materiał przesadza o wyborze możliwych do wykorzystania procesów wytwarzania

- złożoność kształtu produktu ma wpływ na wybór procesu wytwarzania (czym większa złożoność tym mniejszy zakres procesów wytwarzania możliwych do zastosowania)

- doboru procesów wytwarzania elementów produktu można dokonać na podstawie analizy zależności między zastosowanym procesem technologicznym, wielkością elementów oraz ich złożonością kształtu

- często wybieramy ten proces technologiczny który umożliwi wytworzenie elementu o końcowym kształcie lub kształcie zbliżonym do koncowego (brak obróbki lub niewielka obróbka wykańczająca)

- czynniki technologiczne uwzględniane w doborze procesów wytwarzania : czas cyklu, elastyczność, uzysk materiałów(ilość odpadów), jakość, koszty operacyjne

10. Zasady projektowania zaczepów wspornikowych.

Połączenie zaczepowe: zatrzaski tulejowe, bagnetowe, czopowe, cylindryczne.

Zaczepy z tworzyw sztucznych na łączonych elementach zwykle wykonywane są jako wspornikowe, prętowe lub cylindryczne.

Do sprawnego działania połączenia zaczepowego potrzebna jest możliwość dużego odkształcenia sprężystego zaczepu przy jednocześnie znacznej sprężystości.

Duże odkształcenia wykazują termoplasty krystaliczne, które mogą być krótkotrwałe obciążone prawie do granicy sprężystości.

 

Obciążenia jakim poddany jest wspornik:

 

P=W*(Es*E)/ l

Gdzie:

Es – moduł sprężystości(sieczny)

W- wskaźnik wytrzymałości na zginanie

E- dopuszczalne odkształcenie

l- długość wspornika

 

W projektowanie- bardzo ważne- określenie obciążeń tak aby zapobiec deformacjom wspornika.

11.

. Zasady projektowania i podstawowe obliczenia wirników wentylatorów:

*MODEL:

Natężenie przepływu Q powietrza przez wentylator o średnicy R jest równe z jego powierzchni πR² pomnożonej przez prędkość przepływającgo przez niego powietrza, proporcjonalną do prędkości obwodowej wentylatora ωR, gdzie ωjest prędkością obrotową ( w rad/s):

Q=CωR³

We wzorze tym C jest stałą równą w przybliżeniu 1. Jednostką Q są m³/s. Chcemy zmaksymalizować natężenie przepływu, uwzględniając dwa ograniczenia projektowe. Pierwszym jest promień R o wymiarze ustalonym tak, aby odkurzacz był mały. Drugie ograniczenie dotyczy maksymalnej siły odśrodkowej, która nie wywoła uszkodzenia łopatek wentylatora. łopatka ma średni przekrój S₀ i długość ὰR, gdzie ὰ jest ułamkiem R przypadającym na łopatkę (reszte stanowi piasta). Objętość łopatki wynosi ὰRS₀, a jej przyspieszenie kątowe jest równe ω²R. Siłę odśrodkową u podstawy łopatki oblicza się z równania:

F=σ(ὰRS₀)ω²R

Siła ta jest przenoszona przez przekrój S₀, a zatem naprężenie:

σ=F/S₀ = ὰσω²R²

Nie może ono osiągnąć wartości naprężenia niszczącego σ_f, więc:

σ≤σ_f/S_f

gdzie S_f jest współczynnikiem bezpieczeństwa. Z połączenia obydwu równań uzyskuje się wzór na dopuszczalną prędkość kątową wentylatora:

ω≤(σ_f/ὰ S_fσ)^1/21/R

Podstawienie tej wartości do wzoru daje:

Q≤CR²/(ὰ S_f )^1/2 *(σ_f/σ)^1/2

Promień R jest ustalony w założeniach projektowych. Aby zmaksymalizować natężenie przepływu powietrza przez odkurzacz, potrzebujemy materiału na łopatki wentylatora o największej wartości wskaźnika : M=σ_f/σ.

Dobór materiałów:

Nylon, polipropylen i stopy aluminium mają oczywiste zalety w takim zainteresowaniu. W przypadku dwóch pierwszych materiałów wentylator o wymaganym kształcie i głądkości powierzchni może być wykonany w jednej operacji wtryskiwania do formy. Nie jest koniezna dodatkowa obróbka wykańczająca. Koszt formy może być jednak wysoki. Wentylator o kształcie zbliżonym do finałowego może być odlewany kokilowo ze stopów aluminium i magnezu. Jeżeli konieczna jest wysoka funkcjonalność wentylatora, to niezbędne jest uwzględnienie nowych czynników. ukształtowanie wentylatora z materiałów o wysokiej funkcjonalności (GFRP lub CFRP umocnione włóknem krótkim, stale wysokowytrzymałe lub utwardzane wydzieleniowo stopy aluminium) jest znacznie kosztowniejsze.

WYKONANIE:

*WYMAGANIA PROJEKTOWE:

Wydajność wentylatora zależy od jego promienia i szybkości obrotowej co określa ego wielkość. Obliczenia wykonano dla wirnika wentylatora, o promieniu 60 mm, składającego się z dwudziestu łopatek o grubości 3 mm. Ich powierzchnia 2πR² wynosi w przybliżeniu 2*10 ^-2m².

Wirnik wentylatora stanowi jedną całość o dość skomplikowanym kształcie, odznaczającym się wysoką symetrią, co jest istotnym ułatwieniem w procesie kształtowania. Każdą łopatkę wirnika określa siedem wymiarów : długość, szerokość i grubość u podstawy i na wierzchołku oraz promienie krzywizny powierzchni wewnętrznej i zewnętrznej. Takich łopatek jest 20, ale można uważać, że wymiary jednej łopatki oraz współrzędne rozmieszczenia łopatek na tarczy są wystarczające. Dane są także wymiary piasty. W sumie jest 25÷50 wymiarów, a których każdy ma określoną dokłądność. W przypadku wirników wentylatorów dokłądność nie jest aż tak istotna, choć błędy mogą być przyczyną nadmiernych drgań. Projektant arbitralnie przyjął dokłądność +/- 0,2 mm dla wszystkich wymiarów z wyjątkiem otworu, gdzie jest zamocowany wałek - dokłądność tego wymiaru powinna wynosić +/- 0,05 mm. Oznacza to, że za pomocą średniej dokładnościi Δl/l, wynoszącej ok. 10^-2, określa złożoność jako:

C=n log₂(l/Δl)~160 ÷330

Objętość materiału potrzebnego do wykonania wentylatora, obliczona w przybliżeniu jako iloczyn pola powierzchni i grubości, wynosi 6*10^-2m³, co daje masę w przedziale 0,03÷0,5 kg.

Z punktu widzenia projektanta najważniejsza jest jakość powierzchni( jej gładkość). To ona i kształt łopatek mają decydujący wpływ na wydajność wentylatora i na głośnośc jego pracy. Wymagania dokładności wykonania powierzchni projektant określił jako R<1μm.

12.

Łożysko ślizgowe – łożysko nie posiadające ruchomych elementów pośredniczących. Na wałku stalowym osadzona jest panewka w postaci tulei z kołnierzem. Osadzona na wcisk, po niej ślizga się wałek. W łożyskach ślizgowych należy zapewnić środek smarny na styku dwóch powierzchni.

Łożyska ślizgowe mogą być samosmarowne, smarowne ciśnieniowo, jednokrotnie nasączone.

Smarownice mogą być: kapturkowe, knotowe, igłowe z regulacją wypływu, dociskowe sprężynowe.

ŁOŻYSKA ŚLIZGOWE KOMPOZYTOWE.

1. Łożysko samo smarowne kompozytowe: STAL – BRĄZ - TWORZYWO (POM)

Jest to łożysko typu PS - łożysko zwijane z taśmy stalowej z pokryciem POM z kieszonkami na smar. Korpus nośny łożyska wykonany jest ze stalowej taśmy pokrytej ochronną warstwą miedzi. Warstwa ślizgowa to Żywica POM z kieszonkami na środek smarny.

DOPUSZCZALNE OBCIĄŻENIA:

• Obciążenie statyczne P 250 N/mm²

• Obciążenie dynamiczne P 140 N/mm²

• Prędkość ślizgania (liniowa) 2,5 m/s

• Współczynnik PV 2,8 N/mm²*m/s

• Temperatura pracy od -40 do 130°C

• Współczynnik tarcia μ 0,04-0,12

INNE DANE CHARAKTERYSTYCZNE DLA TYPU

Łożysko wymaga układu smarowania lub jednorazowego naniesienia smaru przed montażem

Własności ślizgowe w części uwarunkowane rodzajem i typem środka smarnego.

Łożysko typu PS należy do typu niskoobsługowego tzn. Wymagającego smarowania. W wypadku pracy okresowej o niewielkim czasokresie pracy dopuszcza się smarowanie jednorazowe na cały planowany okres żywotności łożyska. W takich wypadkach zaleca się stosowanie smarów o wysokiej gęstości. Przy pracy z układem smarowania i dużych

prędkościach obrotowych zaleca się stosowanie oleju o lepkości dobranej do szybkości obrotowej i temperatury pracy.

STRUKTURA ŁOŻYSKA

Korpus wykonany jest z blachy stalowej z warstwą ślizgową z żywicy typu POM z kieszonkami smarnymi na podkładzie z brązu spiekanego. Łożysko pokryte jest warstwą miedzi spełniającą funkcję ochrony przed korozją i polepszającą odprowadzanie ciepła do obudowy. W korpusie łożyska standardowo wykonany jest otwór do doprowadzania środka smarnego przez układ smarowania.

WŁASNOŚCI

Typ PS wyróżnia się bardzo dobrymi własnościami ślizgowymi i odpornością na

zanieczyszczenia. Przy wysokiej prędkości ślizgania łożysko wytwarza optymalny dla łożysk

ślizgowych typ smarowania hydrodynamicznego zapewniający najwyższą trwałość.

ZASTOSOWANIA

● Maszyny rolnicze

● Cylindry hydrauliczne

● Maszyny budowlane

● Urządzenia dźwigowe

1. Łożysko ślizgowe kompozytowe STAL – BRĄZ – TWORZYWO (PTFE)

PTFE – policzterofluoroetylen; teflon.

Jest to łożysko typu TS - łożysko zwijane z taśmy stalowej z pokryciem z teflonu na warstwie

z brązu spiekanego. Ma dobre własności ślizgowe, wysokie dopuszczalne obciążenia. Korpus nośny zbudowany jest ze stalowej taśmy, na której znajduje się ochronna warstwa cynku. Warstwa ślizgowa to warstwa brązu spiekanego pokrytego PTFE.

DOPUSZCZALNE OBCIĄŻENIA

• Obciążenie statyczne P 250 N/mm²

• Obciążenie dynamiczne P 140 N/mm²

• Prędkość ślizgania (liniowa) 2,5 m/s

• Współczynnik PV 1,8 N/mm²*m/s

• Temperatura pracy od -200 do 280°C

• Współczynnik tarcia μ 0,02-0,25

Łożysko oferuje dobre własności ślizgowe przy niskiej cenie. Właściwa warstwa tworzona jest przez warstwę teflonu PTFE na podkładzie z brązu spiekanego. Typ TS przeznaczony jest do pracy przy średnich prędkościach ślizgania i wysokich obciążeniach. Ze względu na korzystną cenę łożysko znajduje szerokie zastosowanie w wielu maszynach i urządzeniach. Łożyska nie należy stosować w warunkach trwale występującej wilgoci.

STRUKTURA ŁOŻYSKA

Warstwą nośną łożyska - blacha ze stali niskowęglowej. Warstwa ślizgowa – kompozyt brązu spiekanego i teflonu PTFE z dodatkiem niewielkiej ilości ołowiu poprawiającego własności smarne łożyska. Do zastosowań wykluczających zawartość ołowiu np. niektóre maszyny spożywcze należy stosować wersję bezołowiową lub inny typ łożyska – wtedy łożysko pokryte jest ochronną warstwą cynku. Grubość taśmy stalowej podlega normalizacji i

jest zależna od średnicy nominalnej łożyska.

1. Łożysko ślizgowe kompozytowe: STAL – BRĄZ – TWORZYWO (PTFE)

Jest to łożysko typu TB - łożysko zwijane z taśmy z brązu z pokryciem z teflonu na warstwie

z brązu spiekanego. Ma wyśmienite właściwości ślizgowe oraz odporność na korozję. Korpus nośny zbudowany jest z taśmy brązu, a warstwa ślizgowa składa się z warstwy brązu spiekanego, na której nałożona jest warstwa PTFE.

DOPUSZCALNE OBCIĄŻENIA

• Obciążenie statyczne P 200 N/mm²

• Obciążenie dynamiczne P 140 N/mm²

• Prędkość ślizgania (liniowa) 2,5 m/s

• Współczynnik PV 1,8 N/mm²*m/s

• Temperatura pracy od -200 do 280°C

• Współczynnik tarcia μ 0,02-0,25

INNE DANE CHARAKTERYSTYCZNE DLA TYPU

- dobre odprowadzanie ciepła do obudowy,

- odporność chemiczna.

Łożysko TB podobnie do typu TS posiada jako warstwę ślizgową z PTFE na podkładzie z

brązu spiekanego. Korpus wykonany jest z taśmy z brązu. Brąz posiada znacząco lepsze

własności ślizgowe i przewodnictwo cieplne. Cechą wyróżniającą jest bardzo dobra

odporność na korozję i działanie większości chemikaliów. Łożysko może pracować w

środowisku zawilgoconym.

ZASTOSOWANIA:

● Przemysł tekstylny

● Maszyny rolnicze

● Przemysł samochodowy.

1. Wybór typu łożyska – KRYTERIA.

PODSTAWOWE KRYTERIA WYBORU TYPU ŁOŻYSKA

● Wielkość występującego obciążenia dynamicznego P

P= F/A [N/mm2]

● Prędkość ślizgowa (liniowa) V

V= π * d * n / 60 000 [m/s]

● Współczynnik obciążeniowy będący iloczynem obciążenia P i prędkości V

PV= P * V [N/mm2 x m/s]

Dopuszczalne wartości P, V, PV wybranego typu łożyska powinny być wyższe bądź równe wielkością obliczonym wg powyższych wzorów.

KRYTERIA UZUPEŁNIAJĄCE

● Temperatura pracy w °C

● Praca w środowisku zanieczyszczonym

● Odporność na korozję (praca w środowisku o wysokiej wilgotności)

● Oczekiwana trwałość łożyska zależna od typu pracy (ciągła, okresowa)

● Rodzaj pracy wałka (obrotowy, nawrotny, wzdłużny)

13.

13)Łoż. ślizg. z tworzyw polimerowych

Łożyska ogólnie:

W celu zapewnienia prawidłowej pracy elementów maszyn poruszających się ruchem obrotowym (osi, wałów oraz części maszyn na nich osadzonych) powinno być zachowane stałe położenie osi obrotu wałów względem nieruchomej podstawy (np. korpusu obrabiarki).

Zadanie to spełniają łożyska, a ustalanie położenia osi i wałów względem korpusu maszyn i urządzeń nazywa się łożyskowaniem.

Łożyska są obciążone siłami wynikającymi z ciężaru wałów i osadzonych na nich elementów (kół zębatych i pasowych, sprzęgieł itd.) oraz siłami pochodzącymi od obciążenia wałów i osi. Łożyska wywierają na wał reakcje równe co do wartości siłom obciążającym łożysko i przeciwnie zwrócone (podobnie jak reakcje podpór w belkach). 

Aby łożyska spełniały podane zadania , tzn. zapewniały ruch obrotowy wału i utrzymanie stałego położenia jego osi obrotu oraz przenosiły obciążenia, powinny się one charakteryzować małymi oporami ruchu, stabilną pracą, niezawodnością działania oraz odpornością na zużycie, czyli dużą trwałością. Powinny też spełniać określone wymagania technologiczno- konstrukcyjne.

W łożyskach ślizgowych powierzchnia czopa wału ślizga się po powierzchni panewki lub bezpośrednio po powierzchni otworu łożyska, zatem w czasie pracy występuje tarcie ślizgowe.

Zastosowanie?  

Łożyska ślizgowe stosuje się:
• przy przenoszeniu bardzo dużych obciążeń (nawet do kilku MN w przypadku łożysk o    średnicy powyżej 1 m), a także przy obciążeniach udarowych,
• gdy konieczne jest, aby łożyska tłumiły drgania wału,
• przy dużych prędkościach obrotowych i możliwości uzyskania tarcia płynnego,
• w razie konieczności stosowania łożysk (lub panwi) dzielonych,
• gdy wymagana jest cichobieżność łożyska,
• gdy osiągnięcie bardzo dużej dokładności montażu (koniecznej przy łożyskach tocznych)    jest utrudnione,
• przy drobnych konstrukcjach o bardzo małych obciążeniach (m. in. w urządzeniach    mechaniki precyzyjnej

Materiały

Od materiałów łożyskowych wymaga się wysokiej wytrzymałości mechanicznej na obciążenia statyczne i dynamiczne, odporności na zatarcie, odporności na korozję, małego współczynnika tarcia odpowiedniej rozszerzalności cieplnej, dobrego przewodzenia ciepła, dobrej odkształcalności, dobrej obrabialności, a także niskiej ceny. Mimo, że istnieje bardzo dużo różnych materiałów łożyskowych, żaden z nich nie spełnia wszystkich wymagań. Przy doborze materiałów łożyskowych należy więc kierować się tymi ich cechami, które są najbardziej istotne dla pracy określonych łożysk.

Materiały kompozytowe na łożyska slizgowe:

łożyska ślizgowe: charakteryzują się małym współczynnikiem tarcia, podatnością na wciskanie drobnych cząstek metalu oraz mające zdolność tłumienia drgań. Można tutaj wymienić : teflon, żywice fenolowo-formaldehydowe, poliamidy, kopolimer acetalowy czy modyfikowany poliester.

Materiały kompozytowe na łożyska slizgowe:

  -kompozyty o osnowie z tworzyw sztucznych, zawierające cząstki metalowe (teflon z brązem na łożyska ślizgowe)

-bimetale, powstające przez zwalcowanie lub platerowanie wybuchowe dwóch różnych stopów. Można tutaj zaliczyć łożyska ślizgowe bimetaliczne (napiekanie brązu na taśmę stalową),

-kompozyt aluminium-grafit

Wśród metalowych materiałów kompozytowych na szczególną uwagę zasługują kompozyty o osnowie stopów aluminium. Wprowadzenie cząsteczek ceramicznych typu tlenków (Al2O3, ZrO2, TiO2), węglików (SiC, TiC) czy grafitu do stopów aluminium pozwala wytworzyć kompozyty ślizgowe, odporne na ścieranie, o podwyższonej wytrzymałości. Zbrojenie cząsteczkami ceramicznymi zapewnia ponadto podwyższenie temperatury pracy. Dużą odporność na ścieranie kompozytów zapewniają cząsteczki tlenków i węglików o średnicy powyżej 100μm.

Kompozyty Al/grafit charakteryzują się obniżonym współczynnikiem tarcia (do zawartości 3% grafitu). Podobnie, jak dla kompozytów zbrojonych cząsteczkami SiC, Al2O3, obniża się również znacznie stopień zużycia ściernego, np. przy zawartości 3% wag. grafitu zużycie ścierne kompozytu spada do poziomu 20% zużycia osnowy.

Łożyska ślizgowe wykonane z kompozytu aluminium-grafit charakteryzują się podwyższoną odpornością na zużycie, niskim współczynnikiem tarcia, zdolnością tłumienia drgań.

PODSTAWOWE KRYTERIA WYBORU TYPU ŁOŻYSKA

● Wielkość występującego obciążenia dynamicznego P w N/mm²

● Prędkość ślizgowa (liniowa) V w m/s

● Współczynnik obciążeniowy będący iloczynem obciążenia P i prędkości V w

N/mm² x m/s

KRYTERIA UZUPEŁNIAJĄCE

● Temperatura pracy w ºC

● Praca w środowisku zanieczyszczonym

● Odporność na korozję (praca w środowisku o wysokiej wilgotności)

● Oczekiwana trwałość łożyska zależna od typu pracy (ciągła, okresowa)

● Rodzaj pracy wałka (obrotowy, nawrotny, wzdłużny)

14.

14. ( tylko to było na wykładzie)

możemy otrzymywać z odpadów tzw. IZOPET-R, produkowany z zużytych butek PET, technologię tę opracował Jerzy Polaszek z Politechniki Krakowskiej.

a) etap 1-rozdrobnienie butelek do postaci płatków

b) etap 2- suszenie płatków, zagęszczenie i mieszanie z lepiszczem

c) etap 3- formowanie wyrobów techniką prasowania (spryskuje się je klejem i wkłada do formy)

w momencie prasowania nie wolno nam nadtopić PETa

IZOPET-R może być paraprzepuszczalny, wodoprzesiąkliwy lub może nie przepuszczać wody

Zastosowanie:

-izolacja termiczna fundamentów i ścian piwnic,
- izolacja termiczna cokołów, podłóg i ścian w pomieszczeniach o podwyższonej wilgotności, płyt podłogowych posadowionych na gruncie, mocno obciążonych posadzek przemysłowych. Ponadto płyty mogą być stosowane w dachach tarasowych, w dachach o odwróconym układzie warstw, w ogrodach dachowych, a także do stabilizacji gruntu na skarpach oraz do wykonywania tzw. deskowania traconego, spełniając następnie rolę drenażu i/lub warstwy termoizolacyjnej

Parametry IZOPET-R:

16.

Materiały ceramiczne są to nieorganiczne związki metali z tlenem, węglem, azotem, borem lub innymi pierwiastkami. Ceramika źle rozpuszcza się w wodzie i jest co najmniej w 30% krystaliczną. Z reguły wytwarza się ją z masy formowanej na zimno, a odpowiednie własności uzyskuje dopiero po nagrzaniu do temperatury ponad 800 stopni C. Można również uzyskiwać wyroby ceramiczne przez formowanie w podwyższonych temperaturach lub ze szkła poprzez następną krystalizację.

Materiały ceramiczne może nie są tak odporne na obciążenia dynamiczne jak metale, ale ich odporność na korozję, zużycie ścierne, rozpad i rozkład jest bezkonkurencyjna.

Posiada właściwości takie jak: odporność na działanie wysokich temperatur, odporność na działanie czynników chemicznych, dobre właściwości mechaniczne, dobre właściwości dielektryczne i izolacyjne, duża odporność na ścieranie, mogą pracować przy dużych szybkościach skrawania.

Materiały ceramiczne można podzielić na 5 grup:

1. Szkła- wszystkie na bazie SiO2 z dodatkami obniżającymi temperaturę topnienia lub poprawiającymi inne właściwości materiału;

2. Tradycyjne tworzywa wielofazowe z dużym udziałem fazy szklistej lub gliny(iłów) używane w dużych ilościach do wyrobu naczyń domowych, ceramiki sanitarnej, dachówek, cegieł itp.;

3. Nowoczesne tworzywa ceramiczne o szczególnych właściwościach, obecnie stosowane w narzędziach skrawających, w narzędziach do obróbki plastycznej, częściach silników oraz maszyn i innych wyrobach, od których wymaga się dużej odporności na zużycie;

4. Cement i beton- wielofazowa mieszanina ceramiczna, która jest jednym z trzech podstawowych materiałów budowlanych

5. Skały i minerały(w tym również lód)

Podobnie jak metal ceramikę charakteryzuje jej struktura w skali atomowej, która może być krystaliczna lub amorficzna(szklista)Struktura ceramiki różni się od struktury metalu.

Tworzywa ceramiczne należy podzielić na dwa istotne różniące się rodzaje: ceramiki, których przeważają wiązania chemiczne jonowe, i ceramiki, w których przeważają wiązania kowalencyjne.

Ceramiki jonowe są zwykle związkami metalu z niemetalem. Metal i niemetal mają ładunki elektryczne o różnych znakach. Przyciąganie elektrostatyczne wynikające z ładunków o różnym znaku jest głównym czynnikiem powodującym wiązania jonowe. Tak więc jony upakowują się możliwie najgęściej(aby jak najwięcej ładunków ujemnych i dodatnich znalazło się blisko siebie), ale jednocześnie w taki sposób, aby jony tego samego rodzaju( a więc o takim samym znaku ładunku) nie stykały się ze sobą. Prowadzi to do powstania pewnych struktur ceramik jonowych, których przykładem mogą być kryształy soli kamiennej i korundu.

Typowym przykładem ceramiki kowalencyjnej jest diament, stosowany tam, gdzie jest wymagana duża odporność na ścieranie lub bardzo duża wytrzymałość mechaniczna. Strukturę krystalograficzną diamentu.

Rodzaje ceramiki:

a)ceramika gospodarcza

b)ceramika techniczna

c)ceramika wyskokowydajna

d)ceramika konstrukcyjna

e)ceramika funkcyjna

f) ceramika konwencjonalna

g) ceramika ognioodporna

Ceramika konstrukcyjna

17.

a/ ceramiczne wyroby ogniotrwałe

Są to wyroby o ogniotrwałości zwykłej nie niższej niż 1500°C. Niektóre z nich są również odporne na działanie związków chemicznych i gwałtowne zmiany temperatur. Zwykle mają postać cegieł lub płytek.

Produkowane są naturalnych surowców mineralnych zawierających związki chemiczne o wysokiej temperaturze topnienia (np. tlenek magnezu, dwutlenek krzemu, trójtlenek glinu). Do wyrobu wyrobów ceramiki ogniotrwałej o specjalnym przeznaczeniu używa się także syntetycznych surowców (np. borków, azotków i węglików glinu, krzemu i cyrkonu).

Ze względu na ognioodporność wyroby te dzielimy na:

- ogniotrwałe – można je stosować w temp. 1500÷1770°C;
- wysokoogniotrwałe – można je stosować w temp. 1770÷20000°C;
- o najwyższej ogniotrwałości – stosowane w temperaturach powyżej 20000°C.

Ze względu na technologię produkcji wyróżniamy:
- wyroby prasowane na gorąco;
- wyroby z mas termoplastycznych;
- wyroby z mas plastycznych;
- wyroby z mas lejnych;
- wyroby z mas sypkich.

Ze względu na rodzaj obróbki dzielimy je na:
- materiały topiono-odlewane;
- materiały wypalane;
- materiały obrabiane cieplnie;
- materiały niewypalane.

Wyroby ceramiki ogniotrwałej mają bardzo zróżnicowaną porowatość – szczególnie zwarte: poniżej 3%, o niskiej zwartości: powyżej 45%.

Najczęściej stosowane są:

• wyroby krzemianowe

Produkowane z czystego krystalicznego kwarcu, kwarcytów
krystalicznych i skrytokrystalicznych oraz piasków kwarcowych, wypalanych w temperaturze 1450°C.

Właściwości:
- ogniotrwałość zwykła 1700÷1750°C;
- ogniotrwałość pod obciążeniem 1600÷1700°C;
- wytrzymałość na ściskanie 15÷35 MPa;
- niska rozszerzalność termiczna;
- niska gęstość.

Zastosowanie:
- ściany pieców szklarskich;
- ściany komór koksowniczych;
- sklepienia pieców Martenowskich.

• wyroby szamotowe

Produkowane z gliny, kaolinów, łupków i glin ogniotrwałych. Suszy się
je, a następnie wypala w temperaturze 1400°C.

Właściwości:
- wysoka ogniotrwałość;
- odporność na działanie żużla;
- odporność na nagłe zmiany temperatur;
- obojętność chemiczna.

Zastosowanie:
- piece ceramiczne;
- piece szklarskie;
- paleniska kotłowe;
- wielkie piece.

• wyroby magnezowe

Produkowane są ze spieczonego magnezytu z dodatkiem spoiwa
organicznego. Wypala się je w temperaturze 1400÷1600°C.

Właściwości:
- ogniotrwałość zwykła 2200÷2400°C;
- wytrzymałość na ściskanie 30÷60 MPa;
- wrażliwość na nagłe zmiany temperatury;
- duża odporność na działanie żużli zasadowych.

Zastosowanie:
- piece Martenowskie;
- piece elektryczne.

• wyroby dolmitowe

Produkowane są z wypalonego dolomitu stabilizowanego specjalnymi
dodatkami lub spoiwem organicznym. Wypalane są w temperaturze
1550°C.

Właściwości:
- ogniotrwałość zwykła powyżej 2000°C.

Zastosowanie:
- piece obrotowe.

• wyroby chromitowe

Produkowane są z mieszaniny chromitu i magnezytu z dodatkiem
spoiwa organicznego.

Właściwości:
- ogniotrwałość zwykła 1800÷1900°C;
- odporność na nagłe zmiany temperatur;
- odporność na działanie żużli kwaśnych i zasadowych.

Zastosowanie:
- piece ceramiczne;
- piece cementowe;
- rozdzielenie wymurówki kwaśnej od zasadowej.

• wyroby węglowe

Produkowane są z węglika krzemu.

Właściwości:
- odporność na działanie wysokich temperatur;
- odporność na działanie środków chemicznych.
- wyroby grafitowo-krzemowe
Produkowane z mieszaniny gliny ogniotrwałej z grafitem.

Zastosowanie:
- tygle grafitowe do wytapiania stali i metali kolorowych;
- dolne części wielkich pieców.

b/ elektroceramika (materiały i wyroby ceramiczne stosowane w elektrotechnice, elektronice i elektrotermii ze względu na ich właściwości)

Najczęściej stosowane materiały to:

• ceramika steatytowa

Produkowana z gliny, magnezytu i talku.

Właściwości:
- duża wytrzymałość elektryczna;
- mała stratność dielektryczna;
- możliwość stosowania przy dużych częstotliwościach;
- możliwość stosowania w wysokiej temperaturze;
- kruchość;
- słaba odporność na wstrząsy cieplne.

Zastosowanie:
- elementy konstrukcyjne;
- elementy izolacyjne;
- dielektryki ceramiczne I typu.

• porcelana elektrotechniczna

Produkowana z kaolinu z domieszką plastycznej gliny, drobno zmielonego kwarcu, korundu i skalenia. To porcelana twarda, biała lub kremowobiała, o dokładnie spieczonym czerepie.

Zastosowanie:
- izolatory nisko- i wysokonapięciowe dla prądów małej częstotliwości (liniowe, wiszące, przepustowe, pniowe, wsporcze, przemysłowe).

• ceramika PZT

Produkowana jest ze spieków tytanu i cyrkonianu ołowiowego.
Właściwości zależą od techniki polaryzowania próbek.

Zastosowanie:
- przetworniki piezoelektryczne;
- rezonatory generujące ultradźwięki.

Wyroby elektroceramiczne dzielimy na:

• wyroby elektrotechniczne – wykonane z porcelany krzemionkowej, korundowej, cyrkonowej, mulitowej, ceramiki cezjanowej lub ceramiki zawierającej węglik krzemu lub tlenek cynku.

Do wyrobów elektrotechnicznych zaliczamy:
- izolatory stacyjne;
- izolatory liniowe;
- izolatory przemysłowe;
- warystory.

• wyroby elektroniczne – wykonane z ultraporcelany, ceramiki steatytowej, tytanianów modyfikowanych ołowiem, cyrkonem lub barem, czystego tlenku glinu.

Do wyrobów elektronicznych zaliczamy:
- elementy piezoelektryczne;
- kondensatory;
- części konstrukcyjne;
- podłoża;
- magnesy ferrytowe;
- obudowy.

• wyroby elektrotermiczne

Zastosowanie:
- ogniwa paliwowe z tworzyw ceramicznych;
- ogniwa sód-siarka;
- elementy grzejne pieców elektrycznych.

Ze względu na zachowanie materiału rozróżniamy:

a/ dielektryki ceramiczne
Materiały o strukturze polikrystalicznej uzyskanej przez spieczenie proszków.
Pod nazwą dielektryki rozumie się potocznie materiały elektroizolacyjne.

Właściwości:
- duża wytrzymałość mechaniczna;
- wysoka trwałość;
- duża ognioodporność zwykła;
- duża wytrzymałość elektryczna;
- duży opór właściwy;
- mały współczynnik strat dielektrycznych.

W zależności od właściwości fizycznych dielektryki dzielą się na:
- dielektryki I typu
Elektroizolacyjne materiały ceramiczne o liniowej zależności
polaryzacji od natężenia pola elektrycznego. Oparte na ceramicznych materiałach para elektrycznych.
Właściwości:
- nie wykazują histerezy elektrycznej
- przenikalność elektryczna względna poniżej 200
Zastosowanie:
- kondensatory niskonapięciowe
- obwody rezonansowe
- kompensacja cieplna obwodów radiotechnicznych
- kondensatory wysokonapięciowe
- kondensatory mocy
- kondensatory impulsowe o małych pojemnościach

b/ dielektryki II typu

Elektroizolacyjne materiały ceramiczne o nieliniowej zależności polaryzacji od natężenia pola elektrycznego. Oparte są na materiałach ferroelektrycznych o dużej przenikalności elektrycznej

Właściwości:
- zawierają domieszki pozwalające uzyskać najbardziej płaski przebieg funkcji e=f(T), mniejszą stratność, wiekszą rezystywność, większą wytrzymałość elektryczną oraz lepsze własności technologiczne
- przenikalność elektryczna (zależna od typu dielektryka)
1000-5000

c/ wyroby optoelektroniczne

Przezroczyste spieki lub warstwy ferroelektryczne. Po przyłożeniu pola elektrycznego materiał staje się mętny i ponownie staje się przezroczysty dopiero po spięciu na krótko układu elektrycznego.

Zastosowanie:
- modulacja światła,
- szybkie przełączanie sygnałów,
- wykonywanie wskaźników,
- wykonywanie elementów pamięci,
- wykonywanie osłon światłoszczelnych.

d/ piezoelektryki

Materiały ceramiczne wykazujące efekt piezoelektryczny, zwane także PZT. Są wykorzystywane do przetwarzania napięć i impulsów mechanicznych w elektryczne i odwrotnie. Ceramika piezoelektryczna jest materiałem drobnokrystalicznym złożonym z kryształów ferroelektrycznych, które mają strukturę domenową o określonych kierunkach polaryzacji

Zastosowanie:

- nadajniki i odbiorniki dźwięku i ultradźwięków (aparaty słuchowe, mikropompy medyczne, głośniki wysokich częstotliwości, hydrolokatory, płuczki ultradźwiękowe, mikrofony i hydrofony);
- przetworniki piezoelektryczne w liniach opóźniających i filtrach urządzeń elektronicznych;
- czujniki ciśnienia, wilgotności, temperatury, akcelerometry;
- detonatory i zapalniki ładunków wybuchowych, zapalarki do
gazu.

c/ bioceramika – materiały ceramiczne przeznaczone do wyrobu elementów czasowo lub na stale zastępujących chore tkanki, narządy albo ich części. Stosuje się je przede wszystkim wewnętrznie.

Właściwości:
- biokompatybilność;
- odporność na ścieranie;
- duża twardość;
- wytrzymałość mechaniczna.

Zastosowanie:
- stomatologia – implanty ceramiczne;
- chirurgia rekonstrukcyjna – m.in. implanty ucha środkowego;
- ortopedia – m.in. endoprotezy stawu biodrowego;
- kardiochirurgia – m.in. do powlekania sztucznych zastawek.

d/ ceramika kanalizacyjna

Najczęściej stosowanym materiałem jest kamionka.

Właściwości:
- odporność na ścieranie;
- odporność na działanie czynników chemicznych;
- gładkość.

Zastosowanie:
- rury instalacji zewnętrznej;
- przewody odpływowe (poziomy kanalizacyjne).

e/ pigmenty, farby i barwniki ceramiczne – barwne tlenki metali lub ich związki, odporne na działanie wysokich temperatur.

Zastosowanie:
- zdobienie wyrobów ceramicznych;
- zdobienie szkła.

f/ ceramika specjalna

Do tej grupy zaliczamy różne rodzaje materiałów spiekanych odznaczające się charakterystycznymi parametrami technicznymi, nietypowymi dla ceramiki klasycznej.

Najważniejsze rodzaje ceramiki specjalnej to:

• ceramiczne materiały magnetyczne – ferryty otrzymane z naturalnego magnezytu

Zastosowanie:
- części pamięci w różnych komputerach;
- rdzenie transformatorów z wysoką częstotliwością;
- magnesy trwałe;
- ceramika próżnioszczelna;
- ceramika nukleoniczna, nukleoceramika - materiały ceramiczne do budowy reaktorów jądrowych;
- paliwa (tlenkowe materiały ceramiczne uranu, toru i plutonu);

• wiskery – cienkie włókna ceramiczne albo monokryształy

Zastosowanie:
- składnik kompozytowy do wzmacniania tworzyw;
- odpowiedzialne elementy samolotów i rakiet.
- elementy spowalniające – np. związki berylu

Służą do spowalniania szybkich neutronów do prędkości, przy których występuje szczególnie wielkie prawdopodobieństwo rozszczepienia jądra atomowego.
- elementy absorpcyjne - np. węglik boru
Służą one zarówno do regulacji lub wyłączania reaktora, jak też do ekranowania.

• - ceramika lotnicza i kosmiczna

Zastosowanie:
- części silników lotniczych;
- osłony dyszy;
- pierścienie wylotu płomieni;
- stożek wylotu;
- element turbiny;
- komora spalania;
- elementy konstrukcyjne dla statków kosmicznych (dziób, krawędzie natarcia, osłona termiczna).
- ceramiczne warstwy antybalistyczne.